西洞庭湖青山湖城市湿地公园景观健康评价

杨利 万青青

摘要：以西洞庭湖青山湖城市湿地公园为研究区域，采用1993、1998、2002、2005、2009、2013 六年的遥感影像数据为基础数据，从湿地环境、湿地景观格局和社会经济功能三方面选取评价指标，构建城市湿地公园生态系统健康评价指标体系。利用熵权法确定各指标权重，对西洞庭湖青山湖城市湿地公园景观生态系统进行健康评价。评价结果显示，1993～2013年湿地健康状况均为亚健康状态。根据综合评价结果可得出，西洞庭湖青山湖城市濕地公园的综合健康评价结果处于先降低后升高再降低再升高的状态，在1998年和2005年健康状况处于低水平状态，2005年以后，城市湿地公园建立后健康状况逐渐好转。

关键词：景观格局；景观健康评价；青山湖城市湿地公园

中图分类号：S759.91文献标识码：A文章编号：1004-3020（2017）02-0014-06

Ecosystem Health Assessment of Qingshan Lake City Wetland Park in West Dongting Lake

Yang Li（1）Wan Qingqing（2）

（1.The Tourism College of Hunan Normal universityChangsha410081；2.The Resource and Environmental College of Hunan Normal universityChangsha410081）

Abstract： In recent years， national urban wetland park has a rapidly development in china， but the study of urban wetland park is still at the initial stage. Taking national Urban Wetland Park in West Dongting Lake as the research area，and using the remotely sensed images of 6 phases since 1993 to 2013， remote sensing data which obtained in 1993，1998，2002，2005，2009，2013， as basic data，through the supervised classification the wetland types of national urban wetland park are classified.The paper selected indexes from the environmental character， landscape pattern and the society economy function of the wetland， and then established an indicator system for ecosystem health evaluation of national urban wetland park. Using the entropy weight method to determine the index weight， and eventually evaluate landscape ecosystem health of the national urban wetland park in West Dongting Lake.Through analyzing the evaluation results to the health of these years， it is concluded that landscape ecosystem health status changes of research area in time and space， and gives reasonable suggestion for how to protect and manage the wetland park effectively.In view of the evaluation results some illness factors of the wetland were discussed in 1993-2013.According to the results，we can know that the health is not stable.The health status is at a lower level in 1998 and 2005，and the status is become healthier after 2005.

Key words：Landscape pattern；Ecosystem health evaluation ； Qingshan Lake urban wetland park

根据《国际湿地公约》中的定义，湿地就是指天然与人工的、长久与暂时的泥炭地、沼泽地、湿原或水域地带，带有静止与流动的，或为咸水、半咸水、淡水体者，包括低潮时水体深度小于等于6 m的海域[1]。湿地被称为“自然之肾”，其在调节气候、蓄洪防旱、维持物种多样性、调节水源、降低环境污染等方面起着十分重要的作用[2]。并且由于湿地生态系统的退化速度远远大于其他生态系统[3]，这使得湿地生态系统相对其他的生态系统更为脆弱。

国家城市湿地公园是指纳入城市绿地系统规划的、且适宜作为公园的天然湿地类型，通过合理的保护利用，形成的集保护、科普、休闲等功能于一身的公园[5]。截止2014年底，国家林业局正式批准的试点建设的国家湿地公园已经有569个。而健康的湿地生态系统是地区经济可持续发展的基础[4]，因此，对于湿地生态系统健康方面的研究变得十分必要。系统科学的评价是促使国家湿地公园健康发展的基础，如何保障国家湿地公园健康发展将会是今后学术研究的重要方向[6]。

本文以西洞庭湖青山湖国家城市湿地公园为研究区域，对该湿地生态系统进行景观健康评价。通过对该湿地生态系统进行健康评价，可以为湿地的保护和管理提供一定的依据，有利于提高人们对湿地的保护意识，使得人们能够更好地保护湿地，从而实现社会经济与环境的和谐发展。

1研究区域与研究方法

1.1研究区域

西洞庭湖青山湖国家城市湿地公园位于湖南省常德市汉寿县境内东部的西洞庭湖湿地（图1），1998年建立了省级自然保护区；2002年被列入国际重要湿地名录；2005年被命名为“西洞庭湖国家城市湿地公园”。属于中亚热带湿润气候区，季节分明，水热充足，年平均气温为16.5℃，降水量为1 2816 mm，日照时数为1 793.8 h，无霜期约260 d。其境内散布着众多的湖洲和湖岛，物产丰富，动植物种类繁多。1977年开始，汉寿引进欧美黑杨作为防护堤的防浪林，2000年在地方政府的倡导下，开始在湖内洲滩大面积地种植杨树，而杨树这个外来物种的大面积种植加剧了西洞庭湖湿地退化。另外之前围湖造田也使得洞庭湖面积急剧减少，此外泥沙淤积，滥捕鱼虾也使得西洞庭湖湿地的生态系统健康状况不容乐观。

1.2数据来源及处理

1.2.1数据来源

本文采用1993、1998、2002、2005、2009、2013 六个年份洞庭湖区域冬春季节枯水期（11 月-翌年3 月）的遥感影像数据为研究基础数据。其中1993、1998、2009年的数据为美国陆地卫星五号（Landsat-5）TM 传感器所获取的影像，2002、2005年的数据为美国陆地卫星七号（Landsat-7）ETM+传感器所获取的影像，2013年的数据为环境与灾害监测预报卫星（HJ-1A 星）CCD 传感器所获取的影像。遥感影像的获取时间、传感器、图幅号及空间分辨率信息如下表：

1.2.2数据处理

（1）根据15 m分辨率的航拍图对原始遥感影像数据进行校正，并根据研究区矢量边界对原始数据进行裁剪，得到研究区影像。

（2）利用监督分类的方法对湿地景观类型进行分类，对于明显错分的地类进行修改，参考相关文献资料，将西洞庭湖青山湖城市湿地公园湿地景观类型分为水体、泥滩地、草滩地、耕地、建设用地和林地六类（表2）。

（3）运用ENVI4.8提取植被指数，之后按照公式根据植被指数估算植被覆盖度；将进行湿地类型分类后的遥感影像转成shp格式后输出栅格数据，运用fragstats3.3提取景观格局指标指数，如景观多样性指数、景观形状指数、斑块密度指数、聚集度指数；查询统计年鉴信息，获取社会经济指标，如城市化水平、GDP年增长率、人均GDP、农业产值等。

（4）构建判断矩阵，归一化判断矩阵，计算指标熵，确定指标熵权，计算城市湿地公园综合健康指数。

1.3景观生态健康评价指标体系

景观生态学是研究景观格局、相互作用和动态变化的科学，它以研究水平过程和景观格局的关系和变化为特色[7]。景观是指人类尺度上、具有空间可量测性，由不同生态系统类型组成的异质性地理单元，包括自然的景观和人工的景观[8]。20世纪六十年代提出景观健康的概念，景观健康的标准就是土地具有的自我更新能力，即人类活动不会影响景观自身的稳定结构与正常功能，景观的演变与发展不会影响到邻近景观的景观秩序[9]。

（1）植被覆盖度：植被覆盖度是指植被（包括叶、茎、枝）在地面的垂直投影面积占研究区总面积的百分比。目前已经发展了很多利用遥感测量植被覆盖度的方法，较为实用的方法是利用植被指数近似估算植被覆盖度，常用的植被指数为归一化植被指数（NDVI）。下面是李苗苗等在像元二分模型的基础上研究的模型[10]。

VFC=NDVI-NDVIsoil/NDVIveg-NDVIsoil（1）

式中：NDVIsoil 为完全是裸土或无植被覆盖区域的NDVI值，NDVIveg 则代表完全被植被所覆盖的像元的NDVI值，即纯植被像元的NDVI值。

NDVIsoil=VFCmax×NDVImin-VFCmin×NDVImaxVFCmax-VFCmin（2）

NDVIveg=（1-VFCmin）×NDVImas-（1-VFCmax）×NDVIminVFCmax-VFCmin（3）

NDVImax 和NDVImin分別为区域内最大和最小的NDVI值。由于不可避免存在噪声，NDVImax 和NDVImin一般取一定置信度范围内的最大值与最小值，置信度的取值主要根据图像实际情况来定。本文取累积概率为5%和95%的NDVI值作为NDVImin和NDVImax。

NDVI=（NIR-RED）/（NIR-RED）（4）

式中：NIR为近红外波段的反射值，也就是遥感影像的第四波段，RED为红光波段反射值，也就是遥感影像的第三波段。

（2）水体面积。

（3）景观多样性指数（Shannon's Diversity Index SHDI）。

湿地生态系统由不同景观要素斑块组成，各种斑块对湿地生态系统的作用与功能也不同。景观多样性指数（SHDI）可用于表示湿地景观类型的丰富度，表示景观类型在景观中出现的概率。景观多样性指数（SHDI）反映了湿地的的组织结构，为衡量景观结构提供了定量化的依据。表达式如下：

SHDI=-∑ni=1Pi×InPi（5）

式中：Pi为景观类型i的面积占景观总面积的比例，n为景观类型数。景观多样性指数越大，表明景观多样性越高。

（4）景观形状指数（ Landscape Shape Index， LSI）。景观形状指数（LSI）是衡量斑块的生态价值、湿地结构完整性和分布是否规则的重要指标。西洞庭湖城市湿地公园生态系统受水位的影响较大，枯水季节水位较低，浅水区的斑块会露出水面。形状指数大于等于1，等于1时，形状最简单，大于1时，指标值越大，说明图斑形状越复杂。表达式如下：

LSI=L2πA（6）

式中：L为图斑周长，A为图斑面积。该公式表示的是图斑与相同面积的圆的比值，如果值为1，表示图斑的形状为圆形，它的值越大，表示图斑的形状越偏离圆形，图斑形状越复杂。

（5）斑块密度指数（Patch Density Index，PDI）。斑块密度指数（PDI）是指单位区域面积的图斑数目，与湿地生态系统景观丰富度呈正相关关系。表达式如下：

PDI=N/A（7）

式中：N为图斑数目，A为单位区域面积。

（6）聚集度指数（Aggregation Index ，AI）。

聚集度指数（AI）是衡量景观内部不同图斑类型聚集程度的重要指标，或者说是衡量湿地景观破碎度的重要指标。景观聚集度越高，说明景观内部的优势景观类型的连接性好，反之则说明景观内部的破碎度高，景观要素的组合比较密集。表达式如下：

AI=∑mi=1gijmax→gijPi×100（8）

式中：gij为两个相邻的图斑之间的距离，Pi为景观类型i占景观总面积的百分比，m为景观类型数目。

（7）城镇化水平。城镇化水平指一个地区城镇化所达到的程度，是城镇人口占城市总人口的比重。

A=B/C（9）

式中：A为城镇化水平，B为城镇人口，C为总人口

（8）GDP年平均增长率。

RGDP=GDPi-GDPjGDPj（10）

式中：RGDP为GDP年增长率，GDPi为本年GDP，GDPj为上一年GDP。

（9）人均GDP。区域GDP与总人口的比重，体现一个地区的社会经济水平。

（10）第三产业占GDP比重。

（11）农业产值。

2结果分析

2.1湿地生态系统景观格局分析

从图3可以看出，西洞庭湖城市湿地公园的水体面积大体上呈逐渐减少的状态，但仍然是湿地的主要类型，建设用地面积逐渐增加，林地面积大体上是处于增加状态。2002年以后，西洞庭城市湿地公园水体面积不断减少，这与三峡工程蓄水有直接关系。

从图4可以看出，湿地公园景观多样性处于先升高后降低又升高的状态，湿地景观多样性减少的原因主要是由于西洞庭湖区大面积种植杨林林和围湖造田，之后相关部门在采取退田还湖和保护区禁止种植杨树林措施之后，湿地公园多样性开始呈上升状态。

从图6可以看出，湿地公园的景观聚集度指数处于先上升后下降再上升然后趋于稳定的状态，2005年的聚集度指数最低，说明景观内部破碎度高，景观要素组合密切。

2.2湿地生态系统景观生态健康分析

利用RS与GIS技术以及统计年鉴获取指标值（表3），基于熵权法[11-12]对西洞庭湖青山湖城市湿地公园生态系统健康进行评价。模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评价方法，由于生态系统本身具有模糊性，因此，运用模糊综合评价法建立生态系统健康评价模型比传统的评价模型更具有实际意义[13]。在综合评价中，采用熵权法确定各指标的权重，它的优点就是能够尽量地消除确定指标权重的主观性，使得评价结果尽可能地接近实际[14-15]。

建立基于熵权的模糊综合评价模型的步骤如下：

（1）构建n个样本m个评价指标的判断矩阵

EHCI=∑ni=1Wi×Ii（18）

式中，Ii为评价指标的归一化值，0≤Ii≤1。

根据湿地生态系统健康评价标准将湿地生态系统的健康状态分为很健康、健康、亚健康、一般病态和疾病五级（表4）。

从计算的结果可以看出（图7），西洞庭湖城市湿地公园的健康状况经历了一个先变差后变好又变差并最终变好的过程。2002年到2005年间湿地公园健康状况呈下降趋势，从侧面反映了三峡大坝建成蓄水对西洞庭湖湿地生态系统的影响。2005年以后西洞庭湖城市湿地公园的健康状况逐渐好转，说明了城市湿地公园的建成对湿地保护有积极影响。

3结论

1993～2013年的20年时间里，西洞庭湖城市湿地公园的健康状况均为亚健康狀态，其生态系统健康指数处于先下降后上升再下降再上升的状态，其中在1998年和2005年，它的生态系统健康指数处于低谷状态。1993～1998年，2003～2005年西洞庭湖城市湿地公园生态系统健康指数处于下降的原因应为长江流域的水土流失和三峡大坝的修建。长江流域水土流失严重，泥沙在中下游淤积，导致水位抬升以及湿地面积减少，三峡大坝建成后，西洞庭湖城市湿地公园水体的面积基本上是处于减少的状态。2005年后，西洞庭湖城市湿地公园的生态系统健康指数处于上升的情况，说明城市湿地公园的建设对于湿地的保护有积极作用。

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（責任编辑：唐 岚）